1、河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 I 目 录 1 基本设计资料 . 1 2 沥青路面设计 . 1 2.1 轴载当量转换 . 1 2.2 设计年限累计当量标准轴载数 . 2 2.3 初拟路面结构 . 3 2.4 路面材料配合比设计与设计参数的确定 . 4 2.5 设计指标的确定 . 4 2.6 路面结构层厚度确定 . 5 2.7 新建沥青路面方案的电算结果 . 7 3 水泥混凝土路面设计 . 12 3.1 交通分析 . 12 3.2 初拟路面结构 . 13 3.3 路面材料的参数确定 . 14 3.4 荷载疲劳应力 . 16 3.5 温度疲劳应力 . 16 3.6 防冻厚度检验和接缝设计
2、. 18 3.7 新建混泥土层面结构图 . 19 参考文献 . 20 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 1 1 基本设计资料 （ 1） 自然地理条件 新建一级公路地处 II 2区 ，为双向四车道；沿线土质为 粉质亚粘土 ， 地下水位大于 5 米，地表无积水 ，属 干燥 状态；当地多年平 均最大冻深为 0.5 米；沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、 矿渣、炉渣、 石灰、水泥等材料供应。 （ 2） 土基回弹模量的确定 设计路段路基处于 干燥 状态，路基土为 粉质亚粘土 ，根据室内试验法确定土基回弹模量设计值为 35MPa。 路段所在地区近期交通组成与交通量，见表 1-1 所示。预测交通平均增
3、长率为 8%。沥青路面累计标准轴次按 15 年计。 表 1-1 交通组成及交通量表 车型 双向交通量 解放 CA10B 190 解放 CA30A 205 东风 EQ140 120 黄河 JN150 150 黄河 JN162 160 黄河 JN360 70 长征 XD160 200 交通 SH141 230 2 沥青路面设计 2.1 轴载 当量转换 公路行驶车辆的型号多种多样，而路面设计采用统一的标准轴载表示，各种车型应按规定的法则做当量换算，得到当量的标准轴载次数。当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，轴载小于 25kN 的特轻轴重对结构的影响可以忽略不计；当以半刚性材料结构层的层底拉应
4、力为设计指标时，轴载小于 50kN 的轴重对结构的影响可以忽略不计，所以不纳入当量换算。由于不同力学参数的疲劳等效效应不同，我国规范规定 ，当量轴载换算分以下情况进行。 （ 1）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时，凡前、后轴轴载大于 25kN 的各级轴载 iP 的作用次数 in 均换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N 。 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 2 35.4211 )( ppnCCN iiKi （ 式 2-1） 式中： N 标准轴载的当量次数（次 /日）； in 各种被换算车辆的作用次数（次 /日）； P标准轴载（ kN）； iP各种被换算车型的轴载（ kN）； C1
5、轴数系数； C2轮组系数，单轮组为 6.4，双轮组为 1.0，四轮组为 0.38； 当轴间距离大于 3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于 3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算： 12.111 mC （式 2-2） 式中： m 轴数。 2 以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时 ，凡轴载大于 50KN的各级轴载 iP 的作用次数 in 均按下式换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N 。 821 1 )( ppnCCN iiKi（式 2-3） 式中： N 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数； in 被换算车型的各级轴载换算次数（次 /日）； P 标准轴载（
6、 kN）； iP 各种被换算车型的轴载（ kN）； 1C 轴数系数； 2C 轮组系数 ,双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09。 当轴间距离大于 3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于 3m的 双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算： 1211 mC （式 2-4） 2.2 设计年限累计当量标准轴载数 设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数 eN ：按式 2-5 计算： 136511 NNte（式 2-5） 式中： eN 设计年限内一个车道通过的累计标准当量轴次； t设计年限（年 ） ； 1N 设计端竣工后一年双向日平均当量轴次； 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书
7、 3 设计年限内的交通量平均增长率（ %）； 与车道数 有关的车辆横向分布系数，简称车道系数，见表 2-1。 表 2-1 车道系数 车道特征 车道系数（ ） 车道特征 车道系数（ ） 双向单车道 1.00 双向六车道 0.30.040 双向两车道 0.600.70 双向八车道 0.250.35 双向四车道 0.400.50 累计轴载计算结果见表 2-2，属于中等交通。 表 2-2 轴载 换算 累计轴载 （ 1）当以弯沉值和沥青层的层底拉应力为设计指标时 ，设计年限累计当量标准轴载次数为： 45.01 0 5 4.1 1 4 808.0 3 6 51)08.01(3 6 51)1( 151 NN
8、 te万次0246.512 2 以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时 ，设计年限累计当量标准轴载次数为： 万次8 7 3 3.5 0 545.03 1 2 6.1 1 3 408.0 3 6 51)08.01(3 6 51)1( 151 NN te2.3 初拟路面结构 车型 前轴重（ kN） 后轴重（ kN） 后轴数 后轴轮组数 日交通量（辆 /d） 解放 CA10B 19.40 60.85 1.00 2.00 190 解放 CA30A 26.50 236.70 2.00 2.00 205 东风 EQ140 23.70 69.20 1.00 2.00 120 黄河 JN150 49.00
9、 101.60 1.00 2.00 150 黄河 JN162 59.50 115.00 1.00 2.00 160 黄河 JN360 50.00 2110.00 2.00 2.00 70 长征 XD160 42.60 285.20 2.00 2.00 200 交通 SH141 25.55 55.10 1.00 2.00 230 换算方法 弯沉值和沥青层的层底拉应力指标 半刚性材料结构层的层底拉应力指标 当量轴载 1148.1054 1134.3126 累计交通轴载 512.0246 万次 505.8733 万次 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 4 根据本地区的路用材料（沿途有 碎石、砂
10、砾，并有粉煤灰、 矿渣、炉渣、 石灰、水泥等材料供应 ），结合已有的工程经验与典型结构，拟定了结构组合方案。通过输入软件， 根据结构层的最小施工厚度、材料、水文、交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定方案的路面结构组合与各层厚度如下： 路面结构层采用沥青混凝土（ 180mm ），基层采用水泥稳定碎石（ 30mm ），底层采用水泥石灰沙砾土（厚度待定），采用三层式沥青混凝土面层，表层采用细粒式密级配沥青混凝土（ 40 mm ），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（ 60mm ），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（ 80mm ）。 2.4 路面材料配合比设计与设计参数的确定 （ 1）试验材料的确定
11、 半刚性基层所用集料取自沿线料场，结合料沥青选用 A 级 90 号，上面层采用 SBS 改性沥青，技术标准均符合 公路沥青路面施工技术规范 （ JTG F40-2004）相关规定。 （ 2）路面材料配合比设计（略） （ 3） 路面材料抗压回弹模量的确定 按照 公路 工程 沥青 及沥青混合料试验 规 程 （ JTJ 052-2000）中规定的方法测定沥青混合料的抗压回弹模量，测定 20C、 15C 的 抗压回弹模量，各种材料的试验结果数见表 2-3。 表 2-3 结构组合参数 层次 材料名 厚度 (cm) 抗压回弹模量 强度劈裂 （ Mpa） 20C 模量 15C 模量 细粒式沥青混凝土 4 1
12、400 2000 1.4 中粒式沥青混凝土 6 1200 1800 1.0 粗粒式沥青混凝土 8 1000 1200 0.8 水泥稳定碎石 30 1400 1400 0.5 水泥石灰沙砾土 待定 1000 1000 0.4 土基 35 35 2.5 设计指标的确定 1设计弯沉值 dl Bsced AAANl 2.0600 (式 2-6) 式中： dl 设计弯沉值（ 0.01mm ） eN 设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数； 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 5 cA 公路等级系数，高速公路和一级公路为 1.0，二级公路为 1.1，三四级公路为 1.2； sA 面层类型系数，沥青
13、混凝土面层为 1.0，热拌沥青 碎石、冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为 1： 1； bA 路面结构类型系数，刚性基层、半刚性基层 沥青路面为 1.0，柔性基层沥青路面为 1.6。 所以 mmAAAI bsced N 01.01.270.10.10.1)101 2 0 2.5(6 0 06 0 0 6 2.02.0 2 各层材料按容许层底拉应力 R ，按下列公式计算： ssR k (式 2-7) 式中： R 路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限 eN 次的疲劳 弯拉应力（ MPa）； s 路面结构 材料的极限抗拉强度 （ MPa），由实验室按标准试验方法测 得； s
14、k 抗拉强度结构系数。根据结构层材料的不同，按以下公式计算 sk 值。 AcNeKs /09.0 22.0 （沥青混凝土面层） AcNeKs /35.0 11.0 （无机结合料稳定集料） （式 2-8） AcNeKs /45.0 11.0 （无机结合料稳定细粒土） 2.6 路面结构层厚度确定 1理论弯沉系数的确定 c FpELdc 21 00 0 1（式 2-9） 式中： p 、 标准车轴载轮胎接地压力（ MPa）和当量圆半径（ cm ）； F 弯沉综合修正系数，按式 2-10 计算： 36.0038.02 0 0 063.1 pElF s （式 2-10） 2确定设计层厚度 该结构层为半刚性
15、基层，沥青路面的基层类型系数为 1.0，设计弯沉值为 27.1河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 6 （ 0.01mm ）。利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥石灰沙砾土层厚度为 15cm ；满足层底拉应力要求的水泥石灰沙砾土层厚度为 15cm 。设计厚度取水泥石灰沙砾土层为 15cm 。路表计算弯沉为 22.9（ 0.01 mm ）。各结构层的验算结果见表 2-4. 表 2-4 结构厚度计算结果 序号 结构层材 料名称 20C 抗压 模量（ MPa） 15C 抗压 模量（ MPa） 劈裂强度 （ MPa） 厚度(cm) 层底拉应力（ MPa） 容许拉应力（ MPa） 1 细粒式沥
16、青混 凝土 1400 2000 1.2 4 -0.206 0.49 2 中粒式沥青混凝土 1200 1800 1.0 6 -0.025 0.35 3 粗粒式沥青混凝土 1000 1200 0.8 8 -0.028 0.26 4 水泥稳定碎石 1400 1400 0.5 30 0.86 0.25 5 水泥石灰 沙砾土 1000 1000 0.4 15 0.112 0.16 6 土基 35 35 （ 4）验算防冻层 沥青面层厚度 18cm ，总厚度为 63cm 。根据表 2-5 规定，最小防冻厚度为40cm 。 表 2-5 路面最小防冻厚度（ cm） 路基类型 土质 粘性土、细亚砂土 粉质土 道路
17、冻深（ cm） 基层、垫层 类型 砂石类 稳定土类 工业废料类 砂石类 稳定土类 工业废料类 中 湿 50100 4045 3540 3035 4550 4045 3040 100150 4550 4045 3540 5060 4550 4045 150200 5060 4555 4050 6070 5060 4550 200 6070 5565 5055 7075 6070 5065 潮 湿 50100 4555 4050 3545 5660 4555 4050 100150 5565 5055 4550 6070 5565 5060 150200 6570 5565 5055 7080 6
18、570 6065 200 7080 6575 5570 80100 7090 6580 注： 1.对潮湿系数小于 0.5 的地区， II、 III、 IV 等干旱地区防厚度应比表中值减少 15%20%。 2.对 II 砂性土路基防冻厚度应相应减少 5%10%。 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 7 2.7 新建沥青路面方案的电算结果 （ 1） 交通量年增长分段数据 输入 （ 2） 沥青路面车辆与交通量参数 输入 （ 3） 沥青路面材料参数 输入 （ 4） 沥青路面设计弯沉指标和容许拉应力计算程序 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 8 （ 5） 沥青路面设计程序 （ 6） 沥青路面结
19、构参数调整 输入 河南城建学院路基路面工程课程设计计算书 9 （ 7） 竣工验 收弯沉值和层底拉应力计算 程序 2.8 新建沥青路面方案的电算结果汇总 公路等级 一级公路 公路等级系数 1 面层类型系数 1 基层类型系数 1 路面设计弯沉 值 : 27.1 (0.01mm) 层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度 (MPa) 容许拉应力 (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 .52 2 中粒式沥青混凝土 1 .37 3 粗粒式沥青混凝土 .8 .27 4 水泥稳定碎石 .5 .26 5 水泥石灰砂砾土 .4 .16 新建路面结构厚度计算 公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 27.1 (0.01mm) 路面设计层层位 : 5 设计层最小厚 度 : 15 (cm) 层位 结构层材料名称 厚度 (cm) 抗压模量 (MPa) 抗压模量 (MPa) 容许应力 (MPa) (20 ) (15 ) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .52 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1800 .37
